经估算，我国每年的纯大便1.5亿吨/年，纯尿液4.5亿吨/年，纯粪尿总量6亿吨/年，转化生成生活污水500亿吨/年。

对转化的污水处理需要消耗多少能源？粪尿资源利用起来能带来多少经济效益和环境效益？一直都是一笔糊涂账。

最近密歇根大学有关“环境与可持续”研究组的研究，第一次详尽地通过建模对两种系统中污水处理过程的能耗和药耗进行对比，也是对大规模尿液回收利用系统对比常规污水处理和肥料生产系统的环境性能和收益的首次深入分析。

世界大约50%的食品供应都依赖化肥：磷肥的生产依赖于磷矿石的开采和加工生产；而氮肥的生产是一个能源密集过程，其中用到的天然气，占世界能源使用量1.2％。

同时，水和污水处理系统消耗美国3-4％的电力，而营养物质去除是最耗能的过程之一。

研究结果显示，相较于传统的系统，尿液的分流转移和两种利用方法在大多数环境效益影响分析中都占据上风，例如温室气体排放量可减少29-47%，淡水使用量能降低26-41%，能耗减少26-41%，富营养化减少25-64%。尿液浓缩制备的肥料能够降低土壤酸化（-24%）

目前粪便利用现状人的粪尿具有资源属性和污染属性，是两个极端，如果利用得好，将消除它的污染属性，获取双倍的利益。经估算，我国每年的纯大便1.5亿吨/年，纯尿液4.5亿吨/年，纯粪尿总量6亿吨/年，转化生成生活污水500亿吨/年。如果把源源不断的粪尿进行资源化利用，比如做成有机肥、沼气等，替代部分化肥和能源，形成良性循环，对生态文明建设做出贡献。随着社会的发展，城市化的进程、旱厕改水厕和化学农业的发展等原因，粪便利用率越来越低。

粪便既然没有回田，那都去哪儿了呢？

目前很多厕所的化粪池不合格，或者下面往往是没有采取防水防渗措施的，这样就会导致后续环境的污染。

最直接是对地下水的污染，如果没有做好的话，也有地表水的污染问题，那么这种污染会导致很多安全问题，也就是说现在的这个厕所，它不能够满足我们最基本的卫生和安全的要求。

很遗憾的是，据WTO、世界卫生组织和联合国儿童基金会统计：即使到现在，经过了MDGs(联合国千年发展目标)的这样一个周期以后，全世界每天仍然有将近1000名五岁以下儿童死于水和卫生有关的腹泻疾病，这个量还是很触目惊心啊!

粪便不回田，还可能还产生另外一个后果，就是我们说的水体污染问题。其实我们前面把厕所做好了，是不是就达到要求了呢？是不是还存在其他的问题，我们面对的就是，过去在污水处理率不断提高的情况下，我们的水质，特别是城市水体的水质却在不断的恶化。

所以我们还要反思的是，我们的厕所革命到底要走到哪一步才能够实现一种可持续性，才能够兼顾不同的需求。

从个人到环境到社会，实现一个总体的协调，我想这是我们需要思考的一个问题，我这儿有一个19年刚刚发表在Nature杂志上的，咱们中国学者做的一篇文章。

他分析了中国从1955年到2014年氮循环的变化，我们可以看到，是考虑到了化肥，人的粪便，农村和城市的畜禽粪便，包括农业废弃物等等，氮的循环利用。

我们看到从粪便的角度，使用量基本上没有变化，就是说量变化很少。化肥的使用量实际上是在逐年增加的。从营养物质的循环利用的循环率的角度，在60年代，70年代的时候，循环率是在90%以上，这是氮的情况，当然磷也是。随着化肥的量的增加，它有一个对应关系，就是这个循环率，是在越来越下降的。

就是说我们没有把氮还田，实际上氮进到了水体里面，所以有富营养化的问题，这是最新的一个数据。从这可以看出，我们在解决厕所问题的时候，是不是还要考虑更远一点，更长一点的系统和范围。

“尿循环”的福报密歇根大学“环境与可持续”（environment and sustainability）研究组领导的一项研究表明，在城市规模应用场景下，将尿液从市政污水处理厂转移出去，并从中回收富含营养物质的液体以制成农作物肥料，将会带来多重环境效益。该研究于12月15日发表在期刊《Environmental Science &Technology》上。

世界大约一半的食品供应都依赖于不可再生资源生产的合成肥料：磷肥的生产依赖于磷矿石的开采和加工生产；而氮肥的生产是一个能源密集过程，其中用到的天然气，占世界能源使用量1.2％。

同时，水和污水处理系统消耗美国3-4％的电力，而营养物质去除是最耗能的过程之一。

众所周知，尽管尿液只占据市政污水的总量的1%，但是尿液中含有氮，磷和钾等基本营养元素，其中磷元素占市政污水总量50%，氮元素接近80%。

如果能够从污水厂将尿液分离出来进行回收利用，不仅可以降低污水厂的能耗，还可以增加可再生肥料的生产。

但是，尿液分流转移将需要收集系统，回收利用产生的肥料需要运输，这些都会对环境产生影响。

为了与常规的污水处理和利用不可再生资源进行肥料生产的系统作对比，研究人员对大型集中式尿液分流和肥料处理系统（目前尚不存在）进行了建模，通过生命周期评估（LCA）对两种系统的多种环境影响进行评估。其中尿液制备肥料通过两种方法实现：（1）尿液浓缩和杀菌和（2）鸟粪石沉淀和离子交换。尽管目前还没有城市规模的尿液转移和回收系统，但是有一些小型的示范项目正在进行中，其中包括密歇根大学的一个示范项目和Rich Earth Institute领导的项目。

研究人员主要利用这两个项目的数据来模拟城市规模的尿液转移和循环利用对环境产生的影响。污水处理也是该研究的重点，研究人员分别利用密歇根州，佛蒙特州和弗吉尼亚州的污水厂数据对其进行建模分析。其中弗吉尼亚的污水厂位于切萨皮克湾地区，对氮磷的排放有着严格的要求。基于这些分析，研究人员探讨比较了两种系统的温室气体排放量、累积能量需求、淡水使用、富营养化潜力和酸化潜力等预期的环境影响。

弗吉尼亚污水厂情景模拟结果：GWP(全球变暖潜势), CED(累计能量需求), EP(富营养化潜力), AP(酸化潜力) 来源：Hilton, 2020研究结果显示，相较于传统的系统，尿液的分流转移和两种利用方法在大多数环境效益影响分析中都占据上风，例如温室气体排放量可减少29-47%，淡水使用量能降低26-41%，能耗减少26-41%，富营养化减少25-64%。其中尿液浓缩制备的肥料能够降低土壤酸化（-24%），但是鸟粪石却更容易导致土壤酸化。之前也有一些研究通过生命周期评估对比常规系统与尿液回收利用系统的环境影响，但密歇根大学的这项研究是第一次详尽地通过建模对两种系统中污水处理过程的能耗和药耗进行对比，也是对大规模尿液回收利用系统对比常规污水处理和肥料生产系统的环境性能和收益的首次深入分析。密歇根大学土木与环境工程系的教授Glen Daigger也参与了这项研究，他表示，该研究成果证明了大规模尿液分流转移和回收系统的潜在环境效益，应继续开发这些技术并加以应用。

部分来源：IWA国际水协会

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